EXERCÍCIOS PSICROMETRIA Quantidade de vapor de água no ar ambiente 1. Uma sala com 5m x 5m x 3m contém ar a 25ºC e 100kPa com uma humidade relativa de 75%. Determine: a) Pressão parcial do ar seco (97,62kPa). b) Humidade absoluta do ar(0,0152 kg água/ kg ar seco). c) Entalpia por unidade de massa de ar seco (63,8kJ/kg ar seco). d) Massas de ar seco e de vapor de água na sala (85,61kg; 1,3kg). Embaciamento das janelas de uma casa 2. Considere uma casa, tal como se mostra na figura, com ar a 20ºC e 75% de humidade relativa. A que temperatura da janela se iniciará a condensação de humidade do ar nas faces interiores dos vidros? (15,3ºC) Humidade absoluta e relativa do ar 3. As temperaturas do termómetro de bolbo seco e bolbo húmido do ar atmosférico a 1atm (101,324kPa) de pressão foram, respectivamente, 25ºC e 15ºC. Determine: a) Humidade absoluta (0,00653kg água/kg ar seco). b) Humidade relativa (33,2%). c) Entalpia do ar (41,8kJ/kg ar seco). 4. Determine a humidade específica a 30ºC e a 9ºC nas condições de saturação (0,0276kg água/kg ar seco). - I -
5. Determinar a humidade específica a 30ºC, com uma humidade relativa de 40% (0,0107 kg água/kg ar seco). 6. Ar atmosférico encontra-se a 28ºC e 30% de humidade relativa. Nestas condições determine: a) Pressão parcial do vapor e a temperatura de orvalho (0,0113bar; 8,8ºC). b) Volume específico da mistura (0,867m 3 /kg). c) Humidade específica (0,0071 kg água/kg ar seco). 7. Metano é produzido num biodigestor húmido fechado e anaeróbico, à pressão atmosférica e à temperatura de 35ºC. O gás é distribuído por uma rede de tubagens, que se encontra à temperatura de 10ºC. Nestas condições, qual o caudal de condensados por m 3 de metano produzido (0,0357kg/m 3 CH 4 ). 8. Ar atmosférico admitido a 15ºC e 75% de humidade relativa é comprimido até aos 7bar, sendo seguidamente distribuído em tubagens de aço a uma temperatura de cerca de 15ºC. Nestas condições, determine: a) Caudal de condensados. b) Temperatura de saída do compressor, admitindo evolução adiabática (562K). 9. Ar a 9ºC e 80% de humidade relativa é aquecido até aos 25ºC. Determine: a) Humidade específica e relativa inicial e final (0,0058 kg água/kg ar seco; 29%). b) Volume específico inicial e final (0,812kg/m 3 ; 0,858kg/m 3 ). c) Energia necessária (16,25kJ/kg). 10. Propano, de poder calorífico igual a 24200kcal/m 3, é misturado numa central de ar propanado com ar atmosférico a 15ºC e 50% de humidade relativa, na proporção de 40% de propano e 60% de ar. Posteriormente, a mistura é comprimida para os 2bar sendo arrefecida para 5ºC numa rede de distribuição. Analise se há condensação. II
Utilização do diagrama psicrométrico 11. Considere uma sala que contém ar a 1atm, 35ºC e 40% de humidade relativa. Recorrendo ao diagrama psicrométrico, determine: a) Humidade absoluta. b) Entalpia (kj/kg de ar seco). c) Temperatura de bolbo húmido. d) Temperatura de orvalho. e) Volume específico (m 3 /kg). Aquecimento e humidificação do ar 12. Um sistema de ar condicionado deverá captar ar exterior a 10ºC e 30% de humidade relativa, a um caudal constante de 45m 3 /min, e alterá-lo para 25ºC e 60% de humidade relativa. O ar exterior é primeiramente aquecido a 22ºC, na zona de aquecimento, e depois humidificado por injecção de vapor quente. Considerando que a totalidade do processo ocorre à pressão de 100kPa, determine: a) Taxa de fornecimento de calor na zona de aquecimento (673,4kJ/min). b) Caudal mássico de vapor que é exigido na zona de humidificação (0,539kg/min). 13. Ar retirado ao exterior a 5ºC e 90% de humidade relativa é aquecido até aos 22ºC. Calcule: a) Humidade relativa final (29,6%). b) Caudal de ar necessário para remover uma carga térmica de 10kW (1651m 3 /h). Arrefecimento e desumidificação do ar 14. Ar atmosférico a 35ºC e 40% de humidade relativa é arrefecido numa unidade de tratamento de ar (UTA), passando por uma bateria que se encontra à temperatura média de 9ºC. Considere que o ar sai da UTA a 9ºC. Determine: a) Humidade relativa à saída (100%). b) Humidade específica à saída (0,0072 kg água/kg ar seco). c) Energia retirada na bateria (44,3kJ/kg). d) Caudal de água condensada por m 3 de ar seco (0,00873 kg água/m 3 ar seco). III
15. Num aparelho de ar condicionado de janela entra ar a 1atm, 30ºC e 80% de humidade relativa, com um caudal de 10m 3 /min, e sai como ar saturado a 14ºC. A humidade do ar que se condensa durante o processo é também removida a 14ºC. Determine as taxas de remoção de calor e humidade do ar (511kJ/min). 16. Ar retirado ao exterior (32ºC, 30%) é arrefecido até à sua temperatura de condensação. Determine: a) Humidade relativa final e a temperatura de condensação (95%; 13ºC). b) Potência de arrefecimento por kg/h de ar que passa na bateria (- 19kW/kg). Mistura de ar condicionado com ar exterior 17. Num sistema de ar condicionado sai ar da zona de arrefecimento saturado, a 14ºC e com um caudal de 50m 3 /min. Este é misturado adiabaticamente com 20m 3 /min de ar exterior a 32ºC e 60% de humidade relativa. Considerando que o processo da mistura ocorre à pressão de 1atm, determine para a mistura: a) Humidade absoluta (0,0122 kg água/kg ar seco). b) Humidade relativa (89%). c) Temperatura de bolbo seco (19ºC). d) Caudal volúmico (70,1m 3 /min). 18. Obtenha as condições de humidade relativa à entrada (1), num processo de humidificação adiabática, considerando que o ar entra a 32ºC e sai do processo a 21ºC e 100% de humidade relativa. Admita um processo adiabático em que a água de humidificação está a 21ºC (40%). Arrefecimento de uma central térmica por uma torre de arrefecimento 19. Numa torre de arrefecimento entra água de arrefecimento proveniente do condensador de uma central térmica a 35ºC, com um caudal de 100kg/s. A água é arrefecida na torre para 22ºC pelo ar que entra a 1atm, 20ºC e 60% de humidade relativa, saindo saturada a 30ºC. Desprezando a potência fornecida à ventoinha, determine: IV
a) Caudal volúmico de ar de entrada na torre (81,6m 3 /s). b) Caudal mássico de água de restituição exigido (1,8kg/s). 20. Uma torre de arrefecimento recebe água a 38ºC, arrefecendo-a para os 17ºC, à custa de ar que entra a 15ºC e 65% de humidade relativa, saindo saturado a 32ºC. Nesta condições analise para um caudal de ar de 1100kg/min: a) Massa de água arrefecida (1340kg/min; 1088kg/min). b) Percentagem de perdas de água (3%). 21. Para o exercício anterior e para um caudal de 1000m 3 /min de ar a 25ºC e 40% de humidade relativa, e de 500l/min de água a 40ºC, quais as condições de saída da água, sabendo que o ar sai a 32ºC saturado. V